Curso de Engenharia Mecânica
Automação de Sistemas
MELHORIA NO PROCESSO DE TORNEAMENTO SEM A
UTILIZAÇÃO DE FLUIDO REFRIGERANTE
Fábio Tracci
Itatiba – São Paulo – Brasil
Novembro de 2005
ii
Curso de Engenharia Mecânica
Automação de Sistemas
MELHORIA NO PROCESSO DE TORNEAMENTO SEM A
UTILIZAÇÃO DE FLUIDO REFRIGERANTE
Fábio Tracci
Monografia apresentada à disciplina Trabalho de
Conclusão de Curso, do Curso de Engenharia Mecânica –
Automação de Sistemas da Universidade São Francisco,
sob a orientação do Prof. Dr. Fernando César Gentile,
como exigência parcial para conclusão do curso de
graduação.
Orientador: Prof. Dr. Fernando César Gentile
Itatiba – São Paulo – Brasil
Novembro de 2005
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Melhoria no Processo de Torneamento sem a utilização do Fluido
Refrigerante
Fábio Tracci
Monografia defendida e aprovada em 30 de novembro de 2005 pela Banca
Examinadora assim constituída:
Prof Dr Fernando César Gentile
USF – Universidade São Francisco – Itatiba – SP.
Profa Dra Mírian de Lourdes Noronha Motta Melo
USF – Universidade São Francisco – Itatiba – SP.
Prof Mário Monteiro
USF – Universidade São Francisco – Itatiba – SP.
iv
.Agradecimentos
Agradeço primeiramente ao Professor Fernando César Gentile, meu orientador, que acreditou
em mim e incentivou-me para a conclusão deste trabalho.
Alguns experimentos realizados no laboratório da Universidade e vários “esclarecimentos”
não teriam sido possíveis sem a colaboração de Celso de Godoy.
Eu agradeço fraternalmente a todos.
v
Sumário
Resumo ..................................................................................................................................... vi
1
Introdução .......................................................................................................................... 1
1.1 Objetivo......................................................................................................................... 1
2
Revisão Bibliográfica......................................................................................................... 2
2.1 Torneamento.................................................................................................................. 3
2.2 Materiais para Ferramenta............................................................................................. 4
2.2.1 Metal duro ..............................................................................................................4
2.3 Desgaste da Ferramenta ................................................................................................ 5
2.3.1 Desgaste da Ferramenta de Metal Duro .................................................................6
2.4 Fluidos de Corte ............................................................................................................ 7
3
Metodologia Experimental.............................................................................................. 10
3.1 Determinação da Ferramenta de Corte e do Material Utilizado.................................. 10
3.2 Dimensões do Corpo de Prova e Características da Ferramenta................................. 12
3.3 Definição dos Experimentos ....................................................................................... 12
4
Resultados e Discussão .................................................................................................... 15
4.1 Experimento Desenvolvido com as velocidades de 500, 1000 e 1600 RPM.............. 15
4.2 Experimento desenvolvido com as velocidades de 1000 e 1600 RPM....................... 17
4.3 Experimento realizado com a velocidade de 1000 RPM ............................................ 19
5
Conclusão.......................................................................................................................... 24
Referências Bibliográficas ..................................................................................................... 25
vi
Resumo
Para os processos de usinagem dos materiais utilizados nas industrias, utiliza-se uma
grande quantidade de fluido refrigerante visando obter produtos com maior qualidade e
propriedades mecânicas mais adequadas, tentando assim conseguir uma ascensão no mercado
atual. Entretanto, ao longo dos anos desvantagens foram surgindo com o uso excessivo dos
fluidos, resultando no aumento dos gastos das empresas e trazendo malefícios ao meio
ambiente e ao trabalhador. Um estudo foi desenvolvido para diminuir a quantidade utilizada
de fluido refrigerante, tendo em vista que 20% dos gatos de uma empresa de usinagem são
provenientes dos fluidos. Tentando assim, melhorar as condições de trabalho nas industrias
diminuindo as doenças geradas pelo processo devido a inalação dos fluidos por parte dos
trabalhadores e consequentemente reduzir os males causados ao meio ambiente. Para este
projeto de pesquisa ensaios foram desenvolvidos em um torno universal, usinando um aço
1045 laminado em operação de desbaste, nas velocidades de 500, 1000 e 1600 RPM, com um
avanço de 0,048 e 0,094 mm e profundidade de corte de 2 mm, utilizando uma ferramenta de
metal duro. Verificou-se que na maioria dos resultados obtidos consegue-se um melhor
acabamento superficial quando se usina sem a utilização do fluido refrigerante embora
aumente o desgaste da pastilha comparando-se com a operação de usinagem com a presença
do fluido refrigerante.
PALAVRAS-CHAVE: Usinagem, Torneamento, Fluido Refrigerante, Qualidade
1
1 INTRODUÇÃO
A usinagem é um dos processos de conformação dos materiais mais utilizados nas
industrias em geral. Ao longo dos anos, estudos foram desenvolvidos com o intuito de se
obter um melhor acabamento superficial na peça, proporcionando uma melhora na qualidade
obtida nos processos de usinagem.
O fluido refrigerante foi uma das maneiras encontradas para se obter um melhor
acabamento e, conseqüentemente, conseguindo ótimos resultados para se obter uma vida mais
longa das ferramentas utilizadas nos processos. Porém algumas desvantagens foram surgindo
ao longo dos anos com a utilização excessiva dos fluidos, comprometendo, assim, o ambiente
de trabalho e aumentando os custos da empresa.
Com o surgimento de doenças aos trabalhadores, malefícios trazidos ao meio ambiente e
devido a elevados custos causados pelos fluidos refrigerantes, surgiu a necessidade de estudos
serem desenvolvidos para se obter uma melhora nos processos com a diminuição dos fluidos.
1.1 Objetivo
Este projeto de pesquisa tem como objetivo levantar as condições mais favoráveis de
usinagem, quando se elimina o fluido refrigerante em um processo de torneamento cilíndrico
de desbaste que se utiliza uma ferramenta de metal duro para usinar um aço ABNT 1045.
Visando obter um ótimo acabamento superficial com propriedades mecânicas adequadas sem
que comprometa a vida útil da ferramenta e gerando uma diminuição no custo do processo.
2
2 REVISÃO BIBLIOGRAFICA
A usinagem pode ser entendida como uma operação mecânica pela qual se da forma a
matéria-prima. Um conjunto de propriedades de usinagem de um material em relação a outro
é denominado usinabilidade, ou seja, o grau de dificuldade de se usinar um determinado
material. As propriedades de usinagem de um material são dadas pela vida da ferramenta, o
acabamento superficial da peça, os esforços de corte, a temperatura de corte, a produtividade e
as características do cavaco.[1]
A usinabilidade depende do estado metalúrgico da peça, da dureza, das propriedades
mecânicas do material, de sua composição química, das operações anteriores efetuadas sobre
o material e do eventual encruamento. Não depende somente das condições do material, mas
também das condições de usinagem, das características da ferramenta, das condições de
refrigeração e dos tipos de trabalhos executados pela ferramenta.[1]
Diversos estudos são realizados para se obter melhores condições de usinagem e para
melhorar a vida da peça que está sendo usinada, tanto superficialmente como para uma vida
mais longa.
O processo de usinagem possibilita atingir esses objetivos tendo como conseqüência o
acabamento de superfícies de peças fundidas ou conformadas mecanicamente, de modo a
obter-se melhor aspecto superficial e dimensões mais precisas; obtenção de peculiaridades,
impossíveis de conseguir pelos processos convencionais; fabricações seriadas de peças, a um
custo mais baixo; fabricação de uma ou poucas peças, praticamente de qualquer forma, a
partir de um bloco de material metálico.[2]
Nas operações de usinagem, uma certa quantidade do material das peças é retirado
pela ação de uma ferramenta, denominada ferramenta de corte, produzindo o cavaco, material
retirado devido aos esforços feito pela ferramenta. O numero de operações de usinagem é
muito grande, assim como é grande a variedade de máquinas e ferramentas disponíveis. De
um modo geral as operações de usinagem são, torneamento, aplainamento, furação,
mandrilamento, fresamento, serramento, brochamento, roscamento, retificação, e outros.
3
2.1 Torneamento
O torneamento é a operação da qual um sólido indefinido é feito girar ao redor do eixo
da máquina operatriz que executa o trabalho de usinagem, ao mesmo tempo que uma
ferramenta de corte lhe retira material perifericamente, de modo a transforma-lo numa peça
bem definida, tanto em relação a forma como as dimensões.[2]
A Figura 2.1 representa as principais partes de um torno e seus movimentos. O torno
representado é chamado torno mecânico, paralelo ou universal, é o tipo mais comum e prestase a um grande número de operações de usinagem. O torno é constituído de uma base maciça
e rígida, para resistir a deformações e vibrações resultantes das operações de usinagem. A
peça a ser usinada é fixada numa placa de castanhas, suportada pela árvore principal que faz
parte do cabeçote fixo. A árvore principal é dotado de um movimento de rotação contínuo que
se transfere a peça, e assim sendo, é submetida a ação de uma ou várias ferramentas, de modo
a ter material arrancado. A árvore deve ser capaz de girar com velocidades periféricas
diferentes, as quais são estabelecidas em função do diâmetro das peças sob usinagem, do tipo
de acabamento desejado, do tipo de operação planejada (desbaste, acabamento etc), e do tipo
de material empregado.[2]
Figura 2.1
Torno Universal [2]
4
2.2 Materiais para Ferramenta
Não existe uma classificação geral de materiais para ferramentas, eles são agrupados tais
como aço-carbono, sem elementos de liga ou com baixos teores de liga; aços rápidos; ligas
fundidas; metal duro e materiais cerâmicos. Os mais usados são os aços rápidos e o metal
duro, embora as ligas fundidas encontrem aplicações em certos setores onde se procura um
material mais duro que o aço rápido e menos frágil ou mais tenaz que o metal duro. Outros
materiais para ferramentas que poderiam ainda ser considerados são o diamante e os cermet,
estes últimos um misto de metal e material cerâmico . Ambos tem emprego limitado a casos
muitos especiais, inclusive com resultados práticos discutíveis.[3]
É obvio que a seleção de um material para ser utilizado em uma ferramenta de corte
depende de uma série de fatores, entre os quais podem ser mencionados os seguintes[4]:
- Material a ser usinado, natureza da operação de usinagem;
- Condição da máquina operatriz, forma e dimensões da própria ferramenta;
- Custo do material para a ferramenta;
- Emprego de refrigeração ou lubrificação;
Os materiais para ferramenta que constituem os grupos mais importantes são os aços
rápidos e o metal duro. O aço rápido reúne uma serie de requisitos, como alta dureza a frio e a
elevadas temperaturas, tenacidade e além de poder ser forjado, laminado e usinado. O metal
duro que se aplica na maioria das operações de usinagem de praticamente todas as ligas
metálicas conhecidas e o torna o material de usinagem mais importante, devido a combinação
de dureza a temperatura ambiente, dureza a quente, resistência ao desgaste e tenacidade.
2.2.1 Metal duro
É um produto criado a partir da metalurgia do pó, designado também usualmente
como carboneto de tungstênio sinterizado e um elemento aglomerante ou ligador, que se
trata de um metal do grupo do ferro, usualmente o cobalto, cuja função é aglomerar as
partículas duras dos carbonetos, sendo responsável pela tenacidade do material.[4]
As características gerais do metal duro como a dureza, tanto a temperatura ambiente
como a elevadas temperaturas, e a resistência a ruptura transversal, dado este que se utiliza
para avaliar a tenacidade, são as propriedades fundamentais que se exigem do metal duro
quando aplicado em ferramenta de corte. Outras características que são normalmente
controladas, pois afetam a capacidade de corte do material, são a porosidade e
5
microestrutura, esta última tanto no que se refere ao tamanho de grão quanto a compressão,
a resistência ao choque, a resistência mecânica a quente.[3]
Para seleção do metal duro para uma determinada aplicação de usinagem está
relacionado com o tipo de material a ser usinado e com o tipo de cavaco que se forma
durante o processo.
Os cavacos contínuos, devido ao fato de se formarem em velocidades de corte maiores
e conseqüentemente a temperaturas de corte maior, e terem um contato mais longo com a
superfície de saída da ferramenta, originam uma soldagem e um desgaste maior nesta
superfície, a formação de cratera é bem maior que no caso dos cavacos de ruptura. O
fenômeno de formação de cratera tem sido estudado, procurando meios de evitá-lo ou
meios de desenvolver tipos de metal duro que resistam melhor a ação da produzição de
cavaco. [4]
2.3 Desgaste da Ferramenta
Considera-se como desgaste das ferramentas as quebras, trincas, sulcos distribuídos
em formas de pente e as deformações plásticas, que ocorrem no gume cortante durante a
usinagem.[1]
A ruptura da ponta ou da aresta cortante da ferramenta é originada pelas ações de
grandes forças de usinagem devido ao ângulo da ponta, material de corte quebradiço, corte
interrompido e parada instantânea do movimento de corte sem a retirada da ferramenta da
peça.[1]
As pequenas quebras da aresta cortante aparecem quando o material da peça
apresenta incrustações duras. Isto se da no emprego de pastilhas de material cerâmico e de
carbonetos duros, os quais são sensíveis a bruscas solicitações locais. Por outro lado,
ferramentas tenazes, com menos resistência a compressão, são menos sensíveis a quebra.
Porém essas ferramentas deixam reconhecer uma deformação na superfície de saída, ou
seja, na zona de contato cavaco-ferramenta, quando solicitadas a grandes esforços de corte,
alem de apresentarem uma vida inferior as anteriores.[3]
As trincas originadas pela variação de temperatura se formam principalmente nas
pastilhas de carboneto pouco tenazes. Dois fatores contribuem para a formação dessas
trincas:
6
-
Variações bruscas de temperatura
-
Solda da pastilha no cabo da ferramenta
Durante a usinagem se desenvolve uma grande quantidade de calor, que é dissipada
em parte pela ferramenta. A região da ferramenta, na qual a temperatura é mais alta, pois
esta em contato com o cavaco. Em conseqüência disso, a ferramenta se dilata e se deforma
desigualmente. Nas ferramentas de metal duro este fato ainda se agrava, pois o coeficiente
de dilatação do metal duro é a metade do material de suporte.
2.3.1 Desgaste da Ferramenta de Metal Duro
Este desgaste é o resultado da ação de vários fenômenos distintos, dependendo da
natureza do material usinado e das condições de usinagem, predominará uma ou outra das
componentes do desgaste sobre as demais.
O conhecimento do mecanismo do desgaste é de grande interesse para o técnico, pois
permitirá uma seleção criteriosa das ferramentas mais indicadas e das condições de
usinagem. O comportamento do desgaste de uma ferramenta é melhor entendido com a
verificação da Figura 2.2 de desgate-velocidade de corte.
A figura 2.2 distingue seis componentes do desgaste de uma ferramenta e sugere um
diagrama que fornece informações qualitativas acerca da participação relativa de cada
componente no desgaste total, em velocidades de corte crescente.
Figura 2.2 Diagrama de velocidade de corte pelo desgaste da ferramenta
Em velocidades de corte baixas, o desgaste das ferramentas de metal duro é
relativamente elevado por causa do cisalhamento da aresta postiça de corte. Em velocidades
7
de cortes maiores, o desgaste é causado principalmente pelos fatores cuja intensidade depende
da temperatura de corte, tais como a abrasão mecânica, a difusão intermetálica e a oxidação.
A aresta postiça de corte é constituída de partículas do material usinado que se
acumulam na superfície de saída da ferramenta. Esta aresta altera as relações geométricas da
formação do cavaco, desempenhando a função de aresta cortante. Isso só é possível graça ao
forte encruamento das partículas do material que constituem a aresta postiça de corte. O
desgaste da superfície de folga de uma ferramenta após um tempo de usinagem constante
varia em função da velocidade de corte. Distinguem-se duas regiões de formação da aresta
postiça:
a) região na qual as dimensões da aresta postiça crescem com o aumento da
velocidade de corte;
b) região em que as dimensões da aresta postiça diminuem com o aumento da
velocidade de corte.
Estas duas regiões distintas podem ser constatadas não somente através do desgaste da
ferramenta e das dimensões da aresta postiça, como também através do aspecto do cavaco
formado.[3]
A formação da aresta postiça não depende da ferramenta, mais sim do material usinado.
Diversos estudos comprovam, que o mecanismo de formação e do desaparecimento da aresta
postiça esta ligado a temperatura de corte. Uma maneira encontrada para se conseguir
trabalhar a altas velocidades sem que as elevadas temperaturas apareçam, é a utilização de
fluidos refrigerantes ou de corte.
2.4 Fluidos de Corte
São utilizados nos processos de usinagem dos metais, com o fim de lhe conferir alguma
melhoria.
A melhoria por sua vez pode ter caráter funcional ou econômico. A melhoria funcional
são aquelas que facilitam o processo, conferindo a este um desempenho melhor. Entre estas
melhorias:[3]
-
Redução do coeficiente de atrito entre a ferramenta e o cavaco;
-
Expulsão do cavaco da região de corte;
8
-
Refrigeração da ferramenta;
-
Refrigeração da peça em usinagem;
-
Melhor acabamento superficial da peça;
-
Refrigeração da máquina-ferramenta.
As melhorias de caráter econômico são aquelas que induzem a um processo de
usinagem mais econômico. Entre estas melhorias:[3]
-
Redução do consumo de energia de corte;
-
Redução do custo da ferramenta na operação;
-
Impedimento da corrosão da peça em usinagem.
Várias operações de corte, tem sua eficiência melhorada pelo uso de fluidos de corte,
com significativo aumento da produtividade e da qualidade das peças fabricadas. Os efeitos
nas operações de fabricação dependem das características próprias dos fluidos de corte e das
quantidades utilizadas, alem dos parâmetros relativos as condições de usinagem.
Recentemente, tanto os efeitos quanto a eficiência estão sendo intensamente avaliados
também pelo aspecto do impacto ambiental resultante da sua utilização.
Em contrapartida aos vários fatores positivos inerentes ao processo de usinagem
utilizando fluidos de corte, estes, apresentam-se como um dos principais agentes nocivos ao
homem e ao meio ambiente. Por esta razão, grandes esforços estão sendo realizados para
reduzir ou eliminar esta fonte de agressão. O desenvolvimento de formas não nocivas de
produção passa a ser fundamental importância para a humanidade, uma vez que este
procedimento ajudará a conter os atuais níveis de poluição mundial. As alternativas
tecnológicas experimentais, tem como finalidade otimizar o desempenho destes fluidos e
reduzir a sua influência negativa.
Alguns dados de pesquisa cientifica relacionados ao meio ambiente, concluíram que a
maioria dos problemas de poluição, são provenientes dos descuidos tecnológicos, de falta de
soluções no processo de fabricação e da conduta humana. Em muitos casos, os processos de
fabricação não são adequadamente limpos e produzem substâncias que poluem o ar, água e
solo.[6]
9
Os lubrificantes e refrigerantes usados no corte representam até 20% do custo de
fabricação[6]. Por isso, devem ser analisados o uso exagerado destes fluidos e o método
conveniente de aplicação, para o emprego de formas adequadas de utilização e o incentivo da
reciclagem. Por desconhecimento de técnicas de aplicação e manuseio, muitas indústrias
ainda aplicam fluidos de corte em excesso, quando o uso poderia ser reduzido ou mesmo
eliminado.
10
3 METODOLOGIA EXPERIMENTAL
Para este projeto de pesquisa ensaios foram desenvolvidos em um Torno Universal de
marca Romi Tormax, modelo 20A com 1,5 metros de barramento entre pontos e que opera em
uma faixa de velocidade de 50 à 2500 RPM (conforme mostra figura 3.1), localizado no
laboratório da Universidade São Francisco.
Figura 3.1 – Torno Universal (Oficina Mecânica – USF)
Após analise em revisão bibliográfica definiu-se a ferramenta e o material a ser usinado
ao longo deste projeto de pesquisa conforme descrito abaixo.
3.1
Determinação da Ferramenta de Corte e do Material
Utilizado
Analisando o tipo de material para ferramenta, os possíveis tipos de desgaste e os
fluidos refrigerantes, verificou-se que a melhor condição de torneamento, na maioria dos
procedimentos é obtido com a utilização de uma ferramenta de metal duro, devido ser o
material mais importante na área de usinagem. Pois comparando entre os demais em função,
principalmente da velocidade de corte, nota-se independentemente do tipo de liga usinada que
11
o metal duro é o material para ferramenta mais eficiente, pois possibilita velocidades de corte
mais elevadas como mostra a figura 3.2
Figura 3.2 Rendimento da ferramenta em função das velocidades de corte [3]
Foi verificado também que os desgastes das ferramentas de metal duro se dá em dois
casos, a baixas velocidades onde o desgaste é elevado por causa do cisalhamento da aresta
postiça de corte e a altas velocidades, causado pela temperatura elevada e abrasão mecânica.
Ficou definido então, que a ferramenta de metal duro é a mais propicia para o
desenvolvimento do projeto, e que tal ferramenta exposta a temperaturas elevadas tem um
desgaste significativo, e estas são atingidas quando entram em contato com matérias de
grande dureza. Assim sendo será utilizado um aço 1045, para que quando exposto aos
esforços necessários, não se obtenha temperaturas muito elevadas e se consiga eliminar a
quantidade de fluido refrigerante utilizada na operação para que se obtenha sucesso neste
projeto.
12
3.2
Dimensões do Corpo de Prova e Características da
Ferramenta
Neste projeto de pesquisa foi utilizado para o processo de torneamento o material Aço
ABNT 1045 temperado na forma de barra cilíndrica com diâmetro de 38 mm (1 ½”), por um
comprimento de 400 mm. O diâmetro da barra foi mantido ao longo deste projeto para que
seja utilizado a mesma velocidade de corte, uma vez que a velocidade de corte está interligada
diretamente com o diâmetro da peça conforme mostra a fórmula da velocidade de corte.
Vc= π . ∅ . Velocidade (RPM)/1000
Para estes ensaios foi utilizada uma ferramenta de Metal Duro P200 da Seco Tolls
conforme características descritas abaixo:
-
Máxima Profundidade de Corte de 2,5 mm;
-
Para um avanço de 0,2 mm utilizar uma velocidade de 205 mm/min;
-
Vida Útil da ferramenta de 20 minutos (para os parâmetros acima).
3.3
Definição dos Experimentos
Para este projeto de pesquisa foram desenvolvidos três experimentos. O primeiro
experimento foi realizado com velocidades de corte de 500, 1000 e 1600 RPM, escolhidas
para se analisar os resultados quando se usina com uma faixa de velocidade baixa, média e
alta. Foi considerado um avanço de 0,048 mm e 0,094 mm para cada uma das velocidades
escolhidas e, foi utilizada uma profundidade de corte de 2 mm para que não se tivesse um
grande esforço entre a superfície da peça e da ferramenta, sendo que para todas as variáveis
descritas acima foi considerando a usinagem com e sem o fluido de corte. Para este
experimento a barra de Metal Duro foi dividida em doze partes iguais conseguindo assim
ensaiar todas as combinações com os parâmetros descritos acima (conforme tabela 3.1),
visando verificar o melhor acabamento superficial. Após a primeira parte deste experimento,
uma das três velocidades de corte foi eliminada levando-se em conta apenas a análise do
acabamento superficial sem a utilização de nenhum equipamento de medida para que se
conseguisse desenvolver ensaios controlados e mais específicos com as outras duas
velocidades.
13
Tabela 3.1 – Parâmetros utilizados no primeiro experimento
Sendo definidas as duas velocidades de corte que se obteve o melhor acabamento
superficial deu-se inicio ao segundo experimento, onde serão desenvolvidos três ensaios com
cada parâmetro (os mesmos parâmetros utilizados no primeiro experimento), para que se
possam obter conclusões mais precisas. Para este ensaio em específico, foi analisada as
condições de eliminação do cavaco e o acabamento superficial da peça, sendo o acabamento
superficial medido através de um rugosimetro elétrico da marca Perthem modelo Perthometer
M2Pi. (conforme figura 3.3)
Figura 3.3 – Rugosimetro Elétrico (Laboratório de Metalografia USF).
14
Para se definir qual a melhor velocidade de corte após os ensaios descritos acima, para
que posteriormente possa ser verificado o desgaste da ferramenta em questão, retiram-se três
medidas de rugosidade para cada parâmetro, calcula-se a média aritmética para que se
verifique qual será o melhor acabamento superficial para as duas velocidades em análise,
sendo que para estas medições o rugosimetro foi configurado para medir um comprimento de
7,5 mm.
Após verificar qual foi a velocidade que obteve o melhor acabamento superficial para
os experimentos descritos acima, um último experimento foi desenvolvido para verificar a
possibilidade de se eliminar o fluido refrigerante. Para este experimento foram usinadas duas
barras cilíndricas, uma usinada com fluido e outra sem o fluido. A melhor condição de
usinagem será verificada após analise no processo de torneamento, na medição da rugosidade
da peça devido a este projeto de pesquisa visar um ótimo acabamento superficial e na análise
do desgaste da ferramenta, que foi verificada através de uma lupa da Sandvik para medição de
desgaste de ferramentas com capacidade de medição de 0,1 mm (conforme figura 3.4).
Figura 3.4 Lupa com escala para medição de desgaste de ferramenta
15
4 RESULTADOS E DISCUSSÀO
Após os ensaios desenvolvidos foram obtidos os resultados sobre as melhores condições
de usinagem partindo da metodologia proposta neste projeto de pesquisa, segue abaixo a
descrição dos resultados dos três experimentos realizados.
4.1
Experimento Desenvolvido com as velocidades de 500,
1000 e 1600 RPM
Este experimento foi elaborado com três velocidades de corte diferentes e envolvendo
os parâmetros conforme tabela 4.1.
Tabela 4.1 – Parâmetros utilizados no primeiro experimento
Segue abaixo os resultados obtidos após realização de cada experimento:
- 500 RPM - Quando se usina nesta velocidade com as condições impostas neste
projeto, verifica-se que não existe diferença quanto a formação do cavaco com ou sem fluido
refrigerante, onde para um avanço de 0.048 mm se obtém um cavaco quebradiço e para um
avanço de 0.094 mm obtém um cavaco contínuo. Já para o acabamento superficial da peça,
16
nota-se uma mudança quando se usina com ou sem fluido, obtendo um melhor acabamento
com a utilização do fluido refrigerante, embora ainda não se consiga um bom acabamento
superficial. Verificou-se também que para a operação com avanço de 0.094 mm a utilização
do fluido ajuda na remoção do cavaco obtendo uma melhora no processo de usinagem quando
se compara com a operação sem a utilização do fluido refrigerante.
Para esta velocidade de trabalho verificou-se que se consegue um melhor acabamento
superficial quando se usina com um avanço de 0.048 mm.
- 1000 RPM - Neste caso, obtém-se as a formação de um cavaco contínuo tanto
quando se usina com ou sem o fluido embora quando não se utiliza o fluido refrigerante temos
um cavaco amarelo e azulado devido ao não resfriamento do processo. Ainda observou-se que
o acabamento superficial obtido é melhor que a 500 RPM. Entretanto não existe uma
alteração significativa no acabamento superficial quando utiliza ou não o fluido refrigerante,
embora para um avanço de 0.048 mm obtém-se um acabamento superficial melhor sem a
utilização do fluido refrigerante.
1600 RPM – Para esta velocidade de corte verificou-se a presença de um cavaco
inteiriço em forma de espiral sendo que quando se usina sem o fluido refrigerante tem-se um
cavaco azulado para os dois avanços em questão.
Verificou-se também que aparentemente se consegue um bom acabamento superficial
com e sem a utilização do fluido.
Após os primeiros testes terem sido desenvolvidos (conforme figura 4.1) verificou-se
que para uma velocidade de 500 RPM obtém-se um acabamento superficial ruim comparando
com as outras duas velocidades. Ficou definido então para este projeto de pesquisa que a
velocidade de 500 RPM seria descartada devido ao acabamento superficial não satisfazer aos
parâmetros do projeto e para que ensaios específicos possam ser desenvolvidos com as
velocidades de 1000 RPM e 1600 RPM.
17
Figura 4.1 – Barra usinada a 500, 1000 e 1600 RPM
4.2
Experimento desenvolvido com as velocidades de 1000 e
1600 RPM
Para os ensaios específicos envolvendo as velocidades de 1000 e 1600 RPM ficou
definido (conforme descrito na metodologia experimental) que para cada parâmetro seria
realizado três experimentos para que se consiga melhores resultados, para um melhor controle
do resultado. Portanto foram utilizadas duas barras de aço (uma para cada velocidade)
conforme mostram as figuras a 4.2 e 4.3 com os parâmetros já definido na metodologia
experimental (Conforme Tabela 4.2)
Figura 4.2 – Barra usinada a 1600 RPM
Figura 4.3 – Barra usinada a 1000 RPM
18
Tabela 4.2 – Parâmetros utilizados no segundo experimento
Para este experimento, verificou-se que quando se realizavam os testes sem a presença
do fluido refrigerante havia dificuldade na remoção do cavaco tanto para a velocidade de
1000 RPM quanto para a velocidade de 1600 RPM e também ocorria a mesmo com a
mudança do avanço de 0.048 mm para 0.094 mm. Afetando assim o acabamento superficial
do produto, conforme mostra a figura 4.4. E já com o fluido refrigerante se conseguia eliminar
o cavaco com mais facilidade não comprometendo assim o acabamento superficial.
Figura 4.4 – Região da barra com a interferência do cavaco no acabamento superficial.
Após os testes terem sido desenvolvidos, realizou-se o experimento de medição de
rugosidade das duas barras para que se definisse qual seria a melhor velocidade juntamente
19
com o avanço que teriam um melhor acabamento superficial para que no próximo
experimento fosse definido o desgaste da pastilha de corte.
A tabela 4.3 mostra os valores de rugosidade, Ra (média dos valores de rugosidades)
que foram medidos através do rugosimetro, sendo que para as linhas que estão em amarelo
teve a interferência do cavaco na medição.
Tabela 4.3 – Medidas de rugosidade do Aço 1045
Velocidade de 1000 RPM
Avanço (mm) Nº
0,048
0,094
Ra (Rugosidade-microns)
Velocidade de 1600 RPM
Avanço (mm) Nº
Ra (Rugosidade-microns)
1
1,59
1
1,18
2
0,91
2
1,09
3
0,85
3
1,70
4
0,84
4
0,84
5
0,98
5
3,48
6
0,93
6
0,70
7
0,58
7
0,78
8
0,51
8
0,65
9
0,52
9
0,76
10
0,47
10
0,64
11
0,67
11
0,99
12
0,56
12
0,90
0,048
0,094
Analisando os valores obtidos no experimento verificou-se que o melhor acabamento
superficial se dá quando se utiliza uma velocidade de corte de 1000 RPM com um avanço de
0.094 mm. Esta análise foi elaborada levando em conta o menor índice marcado pelo
rugosimetro, sendo que o rugosimetro mostra os valores médios de rugosidade da peça, e
também foram analisados os valores de rugosidade quando se usina com e sem a presença do
fluido refrigerante.
4.3
Experimento realizado com a velocidade de 1000 RPM
Após a definição dos parâmetros conforme descrito no item 4.2 um último experimento
foi desenvolvido para que se analisa-se o desgaste da ferramenta utilizada quando se usina
sem a presença do fluido refrigerante.
Segue a tabela 4.4 com a descrição dos parâmetros utilizados para o experimento de
usinagem com a velocidade de 1000 RPM.
20
Tabela 4.4 – Parâmetros utilizados no terceiro experimento
Para este experimento utilizaram-se duas barras, em que as duas barras (conforme
figuras 4.4 e 4.5) seriam usinadas com a velocidade de 1000 RPM, avanço de 0.094 mm e
profundidade de corte de 2 mm, sendo uma usinada com a presença do fluido e a outra sem a
presença do fluido, isto para que se pudessem ser comparadas os experimentos quando se
utiliza ou não o fluido.
Figura 4.4 – Barra usinada sem fluido
Figura 4.5 – Barra usinada com fluido
Para a usinagem da barra com a presença do fluido refrigerante verificou-se que a
presença do fluido é importante para a remoção do cavaco (conforme figura 4.6), sendo que
para estes parâmetros obtém-se um cavaco em forma de espiral.
21
Figura 4.6 – Foto do processo de torneamento com utilização de fluido refrigerante
Verificou-se que para o processo de usinagem sem a presença do fluido refrigerante
tem-se dificuldade para a remoção do cavaco. No início do experimento o cavaco estava
saindo continuo e conseqüentemente prejudicava o processo e o acabamento superficial do
produto, devido a necessidade da ajuda manual para a remoção do cavaco conforme mostra a
figura 4.7
Figura 4.7 – Foto do início do processo de torneamento sem utilização de fluido refrigerante
Após aproximadamente 30 segudos de usinagem o cavaco começou a sair em forma de
espiral, facilitando o processo de usinagem. Verificou-se que o cavaco era parecido com o
cavaco observado no processo quando se utiliza o fluido refrigerante (conforme figura 4.8 e
4.9) entretanto com a cor amarelada, devida a ausência do fluido.
22
Figura 4.8 – Cavaco (com fluido)
Figura 4.9 – Cavaco (sem fluido)
Finalizados os experimentos de usinagem com e sem a presença do fluido refrigerante,
verificou-se o acabamento superficial das barras através de medições com o rugosimetro.
Comparando-se os processos de usinagem com e sem o fluido refrigerante, constatou que se
obtém um melhor acabamento superficial quando se usina sem a presença do fluido
refrigerante na velocidade de 1000 RPM e com avanço de 0.094 mm.
Após analisado o acabamento superficial das duas barras, verificou-se o desgaste das
pastilhas de metal através de uma lupa com escala, específica para medições de desgaste de
ferramenta.
Constatou-se, que para as operações de usinagem com a presença do fluido
refrigerante num período de 2 minutos de usinagem não se obteve desgaste da pastilha
conforme mostra figura 4.10. Para a operação de usinagem sem a presença do fluido
verificou-se a presença de uma trinca na ferramenta causada pela abrasão mecânica formada
entre a região de contato do cavaco e da peça conforme mostra figura 4.11, denominado
desgaste por abrasão.
23
Figura 4.10 – Pastilha de Metal Duro após operação de torneamento com fluido refrigerante.
Figura 4.11 – Pastilha de Metal Duro após operação de torneamento sem fluido refrigerante.
24
5
CONCLUSÃO
Após todos os experimentos desenvolvidos conforme descrito na metodologia
experimental, pode-se concluir que:
-
Para uma velocidade de corte de 500 RPM não se conseguiu um bom
acabamento superficial usinando com uma profundidade de corte de 2 mm e
com os avanços de 0,047 e 0,098mm com e sem a presença do fluido
refrigerante. Isto, devido a profundidade de corte não ser apropriada para uma
operação de desbaste em baixa velocidade para estes parâmetros utilizados.
-
Para uma velocidade de corte de 1600 RPM conseguiu-se um ótimo
acabamento superficial, entretanto conforme definido em metodologia
experimental não foi analisado o desgaste da ferramenta para esta velocidade,
tendo em vista que com a velocidade de 1000 RPM conseguiu um melhor
acabamento superficial.
-
Para o processo de tornamento de desbaste do aço 1045 temperado com uma
velocidade de corte de 1000 RPM, um avanço de 0.094 mm e profundidade de
corte de 2 mm constatou-se que não foi possível eliminar o fluido refrigerante
devido a ferramenta sofrer um desgaste elevado por abrasão mecânica na forma
de lascamento (conforme figura 4.11), causado pela presença de carboneto no
processo, uma vez que com a eliminação do fluido refrigerante não ocorre o
resfriamento dos materiais, aumentando assim a temperatura de corte e
conseqüentemente se eleva a abrasão entre a ferramenta e a peça que está sendo
usinada. Para que se consiga eliminar o desgaste por abrasão é necessário
diminuir a velocidade de corte ou utilizar um ferramenta de corte com maior
resistência ao desgaste. Verificou-se ainda, que para estes parâmetros
consegue-se um acabamento superficial melhor quando se usina sem o fluido
refrigerante que com a presença do fluido.
25
Referências Bibliográficas
1] Diniz,E.A; Marcondes,F.C; Coppeni,N.L. Tecnologia da Usinagem dos Materiais
2º edição ArtLiber, set.2000.
2] Chiaverini, Vicenti. Tecnologia Mecânica
1º edição Volume I
3] Ferraressi, Dino.
Volume I
Mcgraw-Hill.
Fundamentos de Usinagem dos Materiais
Edgar Blucher Ltda.
4] Chiaverini, Vicenti Materiais para Ferramenta
Metalurgia ABM São Paulo.
6] MM Julho/2003. Tendências, utilização e aspectos ecológicos
C.A.D.Ramos e E.S.Costa. II Congresso Nacional de engenharia mecânica (Conem 2002)